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第9讲 程序设计语言 CH9: Programming Languages 第9讲 程序设计语言 9.1 软件 9.2 程序设计 9.3 编译原理 9.4 程序设计语言 9.1 软件 1. 软件概述 软件（Software）是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。 一般来讲软件被划分为编程语言、系统软件、应用软件和介于这两者之间的中间件。 软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要是通过软件与计算机进行交流。 以开发语言作为描述语言，可以认为：软件=数据结构+算法。 9.1 软件 2. 软件分类 一般来讲软件被划分为系统软件、应用软件，其中系统软件包括操作系统和支撑软件。 9.1 软件 2. 软件分类 (1).系统软件 系统软件为计算机使用提供最基本的功能，可分为操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、系统实用程序等。 (2).应用软件 （a）通用应用软件，是某些具有通用信息处理功能的商品化软件。它的特点是通用性，因此可以被许多类似应用需求的用户所使用。 （b）专用应用软件，是满足用户特定要求的应用软件 9.2 程序设计 程序设计(Programming)是给出解决特定问题程序的过程，是软件构造活动中的重要组成部分。程序设计往往以某种程序设计语言为工具，给出这种语言下的程序。程序设计过程应当包括分析、设计、编码、测试、排错等不同阶段。专业的程序设计人员常被称为程序员。 9.2 程序设计 1. 程序设计原则 自顶向下 逐步细化 模块化设计 限制使用goto语句 9.2 程序设计 2. 程序设计的过程 （1）分析问题。 （2）设计算法。 （3）编写程序。 （4）对源程序进行编辑、编译和连接。 （5）运行程序，分析结果。 （6）编写程序文档。 9.2 程序设计 3. 程序的基本结构 早在1966年Bohm和Jacopin就证明了程序设计语言中只要有三种形式的控制结构，就可以表示出各式各样的其他复杂结构。这三种基本控制结构是顺序、选择和循环。对于具体的程序语句来说，每种基本结构都包含若干语句。 9.2 程序设计 4. 程序的执行方式 程序一般是用高级语言编写的，但在计算机上是不能直接执行的，因为计算机只能执行二进制程序。 要将高级语言编写的程序翻译成二进制程序。 在计算机上执行用某种高级语言写的源程序，通常有两种方式：一是编译执行方式，二是解释执行方式。 9.2 程序设计 4. 程序的执行方式 (1) 解释方式 每执行一句就翻译一句，边执行边解释 每次运行程序时都要重新翻译整个程序 效率较低，执行速度慢 (2) 编译（compile）方式 第一次执行前将程序翻译成二进制程序（编译），然后每次直接执行翻译好的二进制程序，不需要再次翻译 编译一次，多次运行 速度快，效率高 9.3 编译原理 1.编译程序（compiler） 编译程序是把用高级程序设计语言书写的源程序，翻译成等价的计算机汇编语言或机器语言书写的目标程序的翻译程序。 9.3 编译原理 2.编译程序的功能 编译程序的基本功能是把源程序翻译成目标程序。 还具备语法检查、调试措施、修改手段、覆盖处理、目标程序优化、不同语言合用以及人-机联系等重要功能。 9.3 编译原理 2. 编译程序的工作过程 编译程序必须分析源程序，然后综合成目标程序。 首先，检查源程序的正确性，并把它分解成若干基本成分； 其次，再根据这些基本成分建立相应等价的目标程序部分。 9.3 编译原理 2. 编译程序的工作过程 为了完成这些工作，编译程序要在分析阶段建立一些表格，改造源程序为中间语言形式，以便在分析和综合时易于引用和加工。 （1）建立数据结构。分析和综合时所用的主要数据结构，包括符号表、常数表和中间语言程序。 （2）程序分析。源程序的分析是经过词法分析、语法分析和语义分析三个步骤实现的。 （3）综合部分。综合阶段必须根据符号表和中间语言程序产生出目标程序，其主要工作包括中间代码生成、代码优化和目标代码生成。 9.4 程序设计语言 1. 计算机程序设计语言的发展 计算机语言的演化从最开始的机器语言到汇编语言到各种结构化高级语言，最后到支持面向对象技术的面向对象语言。 9.4 程序设计语言 2. 机器语言 电子计算机所使用的是由“0”和“1”组成的二进制数，二进制是计算机的语言的基础。 机器语言，是第一代计算机语言。 直接使用机器的指令集。 9.4 程序设计语言 3. 汇编语言 为了减轻使用机器语言编程的痛苦，人们进行了一种有益的改进：用一些简洁的英文字母、符号串来替代一个特定的指令的二进制串。 这种程序设计语言就称为汇编语言，即第二代计算机语言。 仍然跟具体机器密切相关。 9.4 程序设计语言 4. 高级语言 从最初与计算机交流的痛苦经历中，人们意识到，应该设计一种这样的语言，这种语言接近于数学